Durante el proceso de extrusión de materiales extruidos de aleación de aluminio, especialmente perfiles de aluminio, a menudo se produce un defecto de "picaduras" en la superficie. Las manifestaciones específicas incluyen tumores muy pequeños con densidades variables, colas y una sensación obvia en la mano, con una sensación puntiaguda. Después de la oxidación o el tratamiento superficial electroforético, a menudo aparecen como gránulos negros que se adhieren a la superficie del producto.
En la producción por extrusión de perfiles de sección grande, es más probable que ocurra este defecto debido a la influencia de la estructura del lingote, la temperatura de extrusión, la velocidad de extrusión, la complejidad del molde, etc. La mayoría de las partículas finas de los defectos con hoyos se pueden eliminar durante la proceso de pretratamiento de la superficie del perfil, especialmente el proceso de grabado alcalino, mientras que una pequeña cantidad de partículas de gran tamaño y firmemente adheridas permanecen en la superficie del perfil, afectando la calidad de la apariencia del producto final.
En productos comunes de perfiles para puertas y ventanas de construcción, los clientes generalmente aceptan defectos menores con picaduras, pero para los perfiles industriales que requieren igual énfasis en las propiedades mecánicas y el desempeño decorativo o más énfasis en el desempeño decorativo, los clientes generalmente no aceptan este defecto, especialmente los defectos con picaduras que son inconsistente con el color de fondo diferente.
Para analizar el mecanismo de formación de partículas rugosas, se analizó la morfología y composición de las ubicaciones de los defectos bajo diferentes composiciones de aleaciones y procesos de extrusión, y se compararon las diferencias entre los defectos y la matriz. Se propuso una solución razonable para resolver eficazmente las partículas rugosas y se llevó a cabo una prueba.
Para resolver los defectos por picaduras de los perfiles, es necesario comprender el mecanismo de formación de los defectos por picaduras. Durante el proceso de extrusión, el aluminio que se adhiere a la correa de trabajo del troquel es la principal causa de defectos por picaduras en la superficie de los materiales de aluminio extruido. Esto se debe a que el proceso de extrusión del aluminio se lleva a cabo a una temperatura alta de aproximadamente 450°C. Si se suman los efectos del calor de deformación y el calor de fricción, la temperatura del metal será mayor cuando salga del orificio de la matriz. Cuando el producto sale del orificio de la matriz, debido a la alta temperatura, se produce el fenómeno de que el aluminio se pega entre el metal y la correa de trabajo del molde.
La forma de esta unión suele ser: un proceso repetido de unión – desgarro – unión – desgarro nuevamente, y el producto fluye hacia adelante, lo que resulta en muchos pequeños hoyos en la superficie del producto.
Este fenómeno de unión está relacionado con factores como la calidad del lingote, el estado de la superficie de la correa de trabajo del molde, la temperatura de extrusión, la velocidad de extrusión, el grado de deformación y la resistencia a la deformación del metal.
1 Materiales y métodos de prueba.
A través de investigaciones preliminares, aprendimos que factores como la pureza metalúrgica, el estado del molde, el proceso de extrusión, los ingredientes y las condiciones de producción pueden afectar las partículas rugosas de la superficie. En la prueba, se utilizaron dos varillas de aleación, 6005A y 6060, para extruir la misma sección. La morfología y composición de las posiciones de las partículas rugosas se analizaron mediante espectrómetro de lectura directa y métodos de detección SEM, y se compararon con la matriz normal circundante.
Para distinguir claramente la morfología de los dos defectos de picado y partículas, se definen de la siguiente manera:
(1) Los defectos con picaduras o defectos por tracción son un tipo de defecto puntual que es un defecto irregular en forma de renacuajo o de rayado puntiagudo que aparece en la superficie del perfil. El defecto comienza en la franja rayada y termina con la caída del defecto, acumulándose en granos de metal al final de la línea rayada. El tamaño del defecto picado es generalmente de 1 a 5 mm y se vuelve negro oscuro después del tratamiento de oxidación, lo que en última instancia afecta la apariencia del perfil, como se muestra en el círculo rojo en la Figura 1.
(2) Las partículas superficiales también se denominan granos metálicos o partículas de adsorción. La superficie del perfil de aleación de aluminio está unida con partículas esféricas de metal duro de color gris oscuro y tiene una estructura suelta. Hay dos tipos de perfiles de aleación de aluminio: los que se pueden limpiar y los que no se pueden limpiar. El tamaño es generalmente inferior a 0,5 mm y se siente áspero al tacto. No hay ningún rasguño en la parte delantera. Después de la oxidación, no es muy diferente de la matriz, como se muestra en el círculo amarillo en la Figura 1.
2 Resultados y análisis de las pruebas
2.1 Defectos de tracción superficial
La Figura 2 muestra la morfología microestructural del defecto de tracción en la superficie de la aleación 6005A. En la parte frontal del tirón hay rayones en forma de escalones y terminan en nódulos apilados. Después de que aparecen los nódulos, la superficie vuelve a la normalidad. La ubicación del defecto rugoso no es suave al tacto, tiene una sensación espinosa y aguda y se adhiere o acumula en la superficie del perfil. A través de la prueba de extrusión, se observó que la morfología de tracción de los perfiles extruidos 6005A y 6060 es similar, y el extremo de cola del producto es más grande que el extremo de cabeza; la diferencia es que el tamaño total de extracción del 6005A es menor y la profundidad del rayado se debilita. Esto puede estar relacionado con cambios en la composición de la aleación, el estado de la varilla fundida y las condiciones del molde. Observado a 100X, hay marcas de rayado obvias en el extremo frontal del área de extracción, que se alarga a lo largo de la dirección de extrusión, y la forma de las partículas del nódulo final es irregular. A 500X, el extremo frontal de la superficie de tracción tiene rayones en forma de escalones a lo largo de la dirección de extrusión (el tamaño de este defecto es de aproximadamente 120 μm) y hay marcas de apilamiento obvias en las partículas nodulares en el extremo posterior.
Para analizar las causas del tirón, se utilizaron un espectrómetro de lectura directa y EDX para realizar análisis de componentes en las ubicaciones de los defectos y la matriz de los tres componentes de la aleación. La Tabla 1 muestra los resultados de las pruebas del perfil 6005A. Los resultados de EDX muestran que la composición de la posición de apilamiento de las partículas de tracción es básicamente similar a la de la matriz. Además, algunas partículas finas de impureza se acumulan dentro y alrededor del defecto de tracción, y las partículas de impureza contienen C, O (o Cl), o Fe, Si y S.
El análisis de los defectos de rugosidad de los perfiles extruidos oxidados finos 6005A muestra que las partículas de tracción son de gran tamaño (1-5 mm), la superficie está mayormente apilada y hay rayones en forma de escalones en la sección frontal; La composición es cercana a la matriz de Al y habrá fases heterogéneas que contienen Fe, Si, C y O distribuidas a su alrededor. Muestra que el mecanismo de formación de tracción de las tres aleaciones es el mismo.
Durante el proceso de extrusión, la fricción del flujo de metal hará que la temperatura de la correa de trabajo del molde aumente, formando una "capa de aluminio pegajosa" en el borde cortante de la entrada de la correa de trabajo. Al mismo tiempo, el exceso de Si y otros elementos como Mn y Cr en la aleación de aluminio facilitan la formación de soluciones sólidas de reemplazo con Fe, lo que promoverá la formación de una "capa pegajosa de aluminio" en la entrada de la zona de trabajo del molde.
A medida que el metal fluye hacia adelante y roza contra el cinturón de trabajo, se produce un fenómeno alternativo de unión-desgarro-unión continua en una determinada posición, lo que hace que el metal se superponga continuamente en esta posición. Cuando las partículas aumentan a un cierto tamaño, el producto que fluye las arrastrará y formarán marcas de rayado en la superficie del metal. Permanecerá en la superficie del metal y formará partículas de arrastre al final del rasguño. Por lo tanto, se puede considerar que la formación de partículas rugosas está relacionada principalmente con la adherencia del aluminio a la correa de trabajo del molde. Las fases heterogéneas distribuidas a su alrededor pueden provenir de aceite lubricante, óxidos o partículas de polvo, así como de impurezas aportadas por la superficie rugosa del lingote.
Sin embargo, el número de tirones en los resultados de la prueba 6005A es menor y el grado es más ligero. Por un lado, se debe al biselado a la salida de la cinta de trabajo del molde y al cuidadoso pulido de la cinta de trabajo para reducir el espesor de la capa de aluminio; por otro lado, está relacionado con el exceso de contenido de Si.
Según los resultados de la composición espectral de lectura directa, se puede observar que además del Si combinado con Mg Mg2Si, el Si restante aparece en forma de sustancia simple.
2.2 Pequeñas partículas en la superficie
Bajo una inspección visual con bajo aumento, las partículas son pequeñas (≤0,5 mm), no suaves al tacto, tienen una sensación nítida y se adhieren a la superficie del perfil. Observadas a 100X, las partículas pequeñas en la superficie se distribuyen aleatoriamente y hay partículas de tamaño pequeño adheridas a la superficie, independientemente de si hay rayones o no;
A 500X, no importa si hay rayones obvios en forma de escalones en la superficie a lo largo de la dirección de extrusión, muchas partículas todavía están adheridas y los tamaños de las partículas varían. El tamaño de partícula más grande es de aproximadamente 15 μm y las partículas pequeñas son de aproximadamente 5 μm.
Mediante el análisis de la composición de las partículas de la superficie de la aleación 6060 y la matriz intacta, las partículas están compuestas principalmente por elementos O, C, Si y Fe, y el contenido de aluminio es muy bajo. Casi todas las partículas contienen elementos O y C. La composición de cada partícula es ligeramente diferente. Entre ellas, las partículas a tienen un tamaño cercano a 10 μm, que es significativamente mayor que el de las matrices de Si, Mg y O; En las partículas c, Si, O y Cl son obviamente más altos; Las partículas d y f contienen altos niveles de Si, O y Na; las partículas e contienen Si, Fe y O; Las partículas h son compuestos que contienen Fe. Los resultados de las partículas 6060 son similares a este, pero debido a que el contenido de Si y Fe en el propio 6060 es bajo, los contenidos correspondientes de Si y Fe en las partículas de la superficie también son bajos; el contenido de C en las partículas 6060 es relativamente bajo.
Las partículas superficiales pueden no ser partículas pequeñas individuales, sino que también pueden existir en forma de agregaciones de muchas partículas pequeñas con diferentes formas, y los porcentajes de masa de diferentes elementos en diferentes partículas varían. Se cree que las partículas se componen principalmente de dos tipos. Uno de ellos son los precipitados como AlFeSi y Si elemental, que se originan a partir de fases de impurezas de alto punto de fusión como FeAl3 o AlFeSi(Mn) en el lingote, o fases de precipitado durante el proceso de extrusión. La otra es materia extraña adherida.
2.3 Efecto de la rugosidad de la superficie del lingote
Durante la prueba, se descubrió que la superficie trasera del torno de varillas fundidas 6005A estaba rugosa y manchada de polvo. Había dos varillas fundidas con las marcas de herramientas de torneado más profundas en ubicaciones locales, lo que correspondía a un aumento significativo en el número de tirones después de la extrusión, y el tamaño de un solo tirón era mayor, como se muestra en la Figura 7.
La varilla fundida 6005A no tiene torno, por lo que la rugosidad de la superficie es baja y se reduce el número de tirones. Además, dado que no hay exceso de fluido de corte adherido a las marcas de torno de la varilla fundida, se reduce el contenido de C en las partículas correspondientes. Está demostrado que las marcas de giro en la superficie de la varilla fundida agravarán en cierta medida la tracción y la formación de partículas.
3 Discusión
(1) Los componentes de los defectos de tracción son básicamente los mismos que los de la matriz. Son las partículas extrañas, la piel vieja de la superficie del lingote y otras impurezas acumuladas en la pared del cilindro de extrusión o en el área muerta del molde durante el proceso de extrusión, las que son llevadas a la superficie metálica o a la capa de aluminio del molde en funcionamiento. cinturón. A medida que el producto fluye hacia adelante, se producen rayones en la superficie y, cuando el producto se acumula hasta un cierto tamaño, el producto lo retira para formar un tirón. Después de la oxidación, el tirante se corroyó y, debido a su gran tamaño, aparecieron defectos en forma de hoyos.
(2) Las partículas superficiales a veces aparecen como partículas pequeñas individuales y otras veces existen en forma agregada. Su composición es obviamente diferente a la de la matriz y contiene principalmente elementos O, C, Fe y Si. Algunas de las partículas están dominadas por elementos O y C, y otras partículas están dominadas por O, C, Fe y Si. Por lo tanto, se infiere que las partículas superficiales provienen de dos fuentes: una son precipitados como AlFeSi y Si elemental, e impurezas como O y C están adheridas a la superficie; La otra es materia extraña adherida. Las partículas se corroen después de la oxidación. Debido a su pequeño tamaño, tienen poco o ningún impacto en la superficie.
(3) Las partículas ricas en elementos C y O proceden principalmente de aceite lubricante, polvo, tierra, aire, etc. adheridos a la superficie del lingote. Los componentes principales del aceite lubricante son C, O, H, S, etc., y el componente principal del polvo y la tierra es el SiO2. El contenido de O de las partículas superficiales es generalmente alto. Debido a que las partículas se encuentran en un estado de alta temperatura inmediatamente después de salir de la correa de trabajo, y debido a la gran superficie específica de las partículas, adsorben fácilmente átomos de O en el aire y causan oxidación después del contacto con el aire, lo que resulta en una mayor cantidad de O. contenido que la matriz.
(4) Fe, Si, etc. provienen principalmente de los óxidos, las incrustaciones antiguas y las fases de impurezas del lingote (alto punto de fusión o segunda fase que no se elimina completamente mediante la homogeneización). El elemento Fe se origina a partir del Fe en lingotes de aluminio, formando fases de impurezas de alto punto de fusión como FeAl3 o AlFeSi(Mn), que no pueden disolverse en solución sólida durante el proceso de homogeneización o no se convierten completamente; El Si existe en la matriz de aluminio en forma de Mg2Si o una solución sólida sobresaturada de Si durante el proceso de fundición. Durante el proceso de extrusión en caliente de la varilla fundida, puede precipitar un exceso de Si. La solubilidad del Si en aluminio es del 0,48% a 450°C y del 0,8% (% en peso) a 500°C. El exceso de contenido de Si en 6005 es aproximadamente 0,41% y el Si precipitado puede ser agregación y precipitación causada por fluctuaciones de concentración.
(5) El aluminio que se pega a la correa de trabajo del molde es la causa principal del tirón. El troquel de extrusión es un entorno de alta temperatura y alta presión. La fricción del flujo de metal aumentará la temperatura de la correa de trabajo del molde, formando una "capa de aluminio pegajosa" en el borde cortante de la entrada de la correa de trabajo.
Al mismo tiempo, el exceso de Si y otros elementos como Mn y Cr en la aleación de aluminio facilitan la formación de soluciones sólidas de reemplazo con Fe, lo que promoverá la formación de una "capa pegajosa de aluminio" en la entrada de la zona de trabajo del molde. El metal que fluye a través de la “capa pegajosa de aluminio” pertenece a la fricción interna (cizalla deslizante dentro del metal). El metal se deforma y endurece debido a la fricción interna, lo que promueve que el metal subyacente y el molde se peguen. Al mismo tiempo, la correa de trabajo del molde se deforma en forma de trompeta debido a la presión, y el aluminio pegajoso formado por la parte del borde cortante de la correa de trabajo que entra en contacto con el perfil es similar al borde cortante de una herramienta de torneado.
La formación de aluminio pegajoso es un proceso dinámico de crecimiento y desprendimiento. El perfil saca constantemente partículas. Se adhieren a la superficie del perfil formando defectos de tracción. Si fluye directamente desde la cinta de trabajo y se adsorbe instantáneamente en la superficie del perfil, las pequeñas partículas adheridas térmicamente a la superficie se denominan “partículas de adsorción”. Si la aleación de aluminio extruido rompe algunas partículas, algunas partículas se pegarán a la superficie del cinturón de trabajo al pasar a través del cinturón de trabajo, provocando rayones en la superficie del perfil. El extremo trasero es la matriz de aluminio apilada. Cuando hay mucho aluminio pegado en el medio de la correa de trabajo (la unión es fuerte), agravará los rayones en la superficie.
(6) La velocidad de extrusión tiene una gran influencia en la tracción. La influencia de la velocidad de extrusión. En lo que respecta a la aleación 6005 con orugas, la velocidad de extrusión aumenta dentro del rango de prueba, la temperatura de salida aumenta y la cantidad de partículas que tiran de la superficie aumenta y se vuelve más pesada a medida que aumentan las líneas mecánicas. La velocidad de extrusión debe mantenerse lo más estable posible para evitar cambios bruscos de velocidad. Una velocidad de extrusión excesiva y una temperatura de salida alta provocarán una mayor fricción y una grave extracción de partículas. El mecanismo específico del impacto de la velocidad de extrusión en el fenómeno de tracción requiere un seguimiento y verificación posteriores.
(7) La calidad de la superficie de la varilla fundida también es un factor importante que afecta las partículas de tracción. La superficie de la varilla fundida es rugosa, con rebabas de aserrado, manchas de aceite, polvo, corrosión, etc., todo lo cual aumenta la tendencia a extraer partículas.
4 Conclusión
(1) La composición de los defectos de extracción es consistente con la de la matriz; la composición de la posición de las partículas es obviamente diferente a la de la matriz, y contiene principalmente elementos O, C, Fe y Si.
(2) Los defectos de las partículas de tracción se deben principalmente a que el aluminio se adhiere a la correa de trabajo del molde. Cualquier factor que promueva que el aluminio se adhiera a la correa de trabajo del molde causará defectos de tracción. Con la premisa de garantizar la calidad de la varilla fundida, la generación de partículas de tracción no tiene un impacto directo en la composición de la aleación.
(3) Un tratamiento contra incendios uniforme y adecuado es beneficioso para reducir la tracción de la superficie.
Hora de publicación: 10 de septiembre de 2024
